CN114625060B - 一种传动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型传动控制系统，属于控制器技术领域，包括用于处理输入输出信号、逻辑连锁控制以及通讯控制的传动控制器、第三方系统和传动变频器，所述传动变频器与传动控制器之间通讯采用冗余环网连接，传动控制器还通过交换机与操作员站和工程师站、现场操作屏进行通讯连接，传动控制器与第三方系统之间通过通讯总线连接，使用本发明HZ AC6000传动控制系统，实现了控制系统控制模块与底层硬件（变频器）的有效分离，将传动控制系统按照功能进行了划分，使得控制系统的编程更加独立，终端用户备件成本大大降低。控制器与变频器之间的冗余环网通讯结构，使得通讯更加稳定。
Description
技术领域
本发明涉及控制器技术领域，具体是一种传动控制系统。
背景技术
随着控制技术的发展，现有的多机主传动控制系统向着高速化、智能化、多网络支持集成化的方向发展，而最终生产厂家也向着规模化，标准车间化，智能工厂化的模式发展。当前国内外的主要传动控制系统往往与变频器厂家、主流控制器厂家深度绑定，传动控制系统与变频器之间采用各种通讯总线进行集成，推出的传动控制系统对某种品牌或某种通讯协议的变频器支持较好，切换到其它厂家的控制器、变频器需要重新编写底层控制程序，重新分解控制字、状态字，对于给定与反馈需要校准通讯字的高低位字节等。
传统方案与控制器、变频器厂家深度绑定，虽然有利于系统集成商快速集成系统，但主要存在以下缺点：
由于传动控制系统深度绑定某些品牌变频器，不利用最终企业用户，用户的选择范围被限定，当系统出现故障，或紧急维修状况下，选择备件余地较小；不利于系统集成商对其它变频器的兼容性，系统集成商也被限定在某些变频器品牌之内；在最终企业车间标准化建设的过程中，不同传动系统的备件往往无法有效通用，造成较大的浪费；不同的通讯协议，对于业主的规范化运维造成较大的阻碍。传统的控制系统与变频器之间采用星形或干线型通讯总线，节点通讯非冗余结构，对于节点的通讯稳定性保持不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种传动控制系统，使用传动控制系统HZAC6000，可以解决传动控制系统对不同品牌变频器的兼容问题，将主流变频器厂家的通讯接口形成标准化控制接口，做到控制系统与底层变频器硬件无关；设计控制系统与变频器的环网冗余控制网络，提高系统抗干扰能力；规范化设计程序模块，将传动控制程序进行控制模块、输入接口模块、输出接口、功能模块、逻辑模块进行标准化分离，减少不同厂家变频器的控制程序的开发工作量；增加最终客户更换变频器的便捷性，更换其它厂家变频器后，基本无需编写程序，只需在下位机中调用响应的程序接口即可完成。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种传动控制系统，包括用于处理输入输出信号、逻辑连锁控制以及通讯控制的传动控制器、第三方系统和传动变频器，所述传动变频器与传动控制器之间通讯采用冗余环网连接，传动控制器还通过交换机与操作员站和工程师站、现场操作屏进行通讯连接，传动控制器与第三方系统之间通过通讯总线连接。
作为本发明的进一步技术方案：所述传动控制器采用直流母线供电，直流母线整流装置采用三相380V或690V进线，整流方式采用全波6脉波整流或12脉波整流。
作为本发明的进一步技术方案：所述传动变频器采用直流母线进线方式供电，单独传动分部可独立关断和独立预充电方式上电。
作为本发明的进一步技术方案：还包括软件功能系统，包括管理功能模块和控制功能模块，管理功能模块包括登陆权限管理，按周期、批次和班组的产量报表统计，系统自动诊断维护管理和系统安全的管理，控制功能模块包括逻辑控制模块、功能模块和输入输出处理模块。
作为本发明的进一步技术方案：所述逻辑功能模块处理传动控制系统的逻辑信号，包括启动、停止、爬行、运行、点动、清洗、快停、微升、微降、张紧、松弛、急停及逻辑信号，通过将不同的逻辑输入进行状态组合判断，写入每一个位代表不同输入的命令索引值，通过不同的索引值，写入不同的命令字，并通过索引值选择不同的速度源，通过与索引值对应的速度查询表，生成对应的速度给定、加减速设定、模式选择及转矩设定，实现不同来源的逻辑输入至输出的处理机制。
作为本发明的进一步技术方案：所述功能模块包括传动系统的计长模块、计直径模块、张力控制模块、惯量摩擦补偿模块、速度链处理模块、主从逻辑分配模块、负荷分配模块及传动相关的辅助控制模块，
其中，计长模块：通过选择关联传动辊上设定的打滑系数的编码器或模拟反馈转速，乘以减速箱减速比以及辊径换算为表面线速度，实时进行速度积分，得到累积长度；
计直径模块：通过传感器检测或内部计算，内部计直径模块原理为直径与厚度的乘积为面积折算到需要测量的直径的辊轴上，进行直径计算，或通过线速度与轴角速度的计算测量直径；
张力控制模块：直接张力检测和间接张力检测来的张力与直径乘积为转矩，将转矩折算至电机的输出转矩进行计算，同时考虑由不同转速不同直径不同加减速状态下惯量补偿对张力造成的影响；
惯量补偿模块：考虑不同转矩T＝Ja，其中J为惯量，a为加速度，由于在传动控制中惯量J＝1/2(m*r*r)，其中m为质量，让惯量半径，补偿在不同加速度，不同直径，不同质量下的惯量进行补偿；
速度链处理模块：将所有传动模块进行标准化处理，前后传动点通过标准模块的输入输出端口进行链接，包括进行速度链前后级、主从逻辑、负荷分配设定，其中速度链处理模块为整线主速度源设定，前一级的速度输出作为后一级的速度输入，并在此基础上进行偏置或微调；
主从逻辑分配：由于生产线不同的传动分部有同时启停或逻辑保护造成其它分部的停止保护等，需要设定主功能模块，从传动故障或其它状态将影响主传动分部；
负荷分配：由于生产线中较多状况为多个传动点驱动同一设备，需进行不同传动分部的负荷按照工艺设定进行控制。
作为本发明的进一步技术方案：所述输入输出处理模块包括本地IO的输入输出处理、通讯输入输出信号处理、上位机显示处理，操作台信号处理以及与第三方通讯的信号处理。
作为本发明的进一步技术方案：传动分部的状态通过控制程序内部功能模块处理后进行输出，通过抽离分解出传动分部的基本分部状态、连锁方式和通用特性，在传动生产线中将标准的传动状态分解为：上电初始化、停止未准备、停止已准备、通讯丢失、正向点动、反向点动、点动停止、正向爬行、反向爬行、常规运行、常规停止、锁止、急停、故障、报警等状态，连锁方式为IO连锁及工艺连锁，其中工艺连锁为运行允许、爬行允许、点动允许、从分部造成连锁、通讯连锁、过温报警、转矩模式、控制失败、启停失败，通用特性包括张力控制模式，转矩模式，补偿模式，闭环速度反馈模式，开环速度控制模式，压频比速度控制，导辊模式，放卷模式，收卷模式。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明使用本HZ AC6000传动控制系统，实现了控制系统控制模块与底层硬件(变频器)的有效分离，将传动控制系统按照功能进行了划分，使得控制系统的编程更加独立，终端用户备件成本大大降低。控制器与变频器之间的冗余环网通讯结构，使得通讯更加稳定。
附图说明
图1是系统架构图。
图2是传动系统功能示意图。
图3是分部状态诊断图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：请参阅图1-3，一种传动控制系统，包括用于处理输入输出信号、逻辑连锁控制以及通讯控制的传动控制器、第三方系统和传动变频器，传动变频器与传动控制器之间通讯采用冗余环网，提高系统的稳定性。传动系统的操作员站和工程师站、现场操作屏等通过交换机与传动控制系统进行通讯连接。第三方系统与传动控制器采用通讯总线的方式，支持ProfiNet、ProfibusDP、Ethernet/IP、ModbusTCP等，同时通过网关的方式可以支持与其它的系统各种通讯方式。
采用本发明的系统，可以解决传动控制系统对不同品牌变频器的兼容问题，将主流变频器厂家的通讯接口形成标准化控制接口，做到控制系统与底层变频器硬件无关；设计控制系统与变频器的环网冗余控制网络，提高系统抗干扰能力；规范化设计程序模块，将传动控制程序进行控制模块、输入接口模块、输出接口、功能模块、逻辑模块进行标准化分离，减少不同厂家变频器的控制程序的开发工作量；增加最终客户更换变频器的便捷性，更换其它厂家变频器后，基本无需编写程序，只需在下位机中调用响应的程序接口即可完成。
实施例2：在实施例1的基础上，系统采用公共直流母线结构，所有主要传动控制器均采用直流母线供电。公共直流母线整流装置采用三相380V或690V进线，整流方式可采用全波6脉波整流或12脉波整流方式，支持二极管整流、二极管整流加IGBT整流、IGBT整流回馈、晶闸管整流回馈多种方式。传动变频器不限于某一品牌厂家、某种网络通讯结构，主要采用直流母线进线方式，单独传动分部可独立关断和独立预充电方式上电。
实施例3，在实施例2的基础上，还包括软件功能系统，分为管理功能和控制功能，其中管理功能包括登陆权限管理，按周期、批次和班组的产量报表统计，系统自动诊断维护管理，系统安全的管理等。控制功能包括三大功能：逻辑控制功能、功能模块、输入输出处理模块。其中逻辑功能主要处理传动控制系统的逻辑信号，包括启动、停止、爬行、运行、点动、清洗、快停、微升、微降、张紧、松弛、急停及逻辑信号的等，实现不同来源的逻辑处理。功能模块则包括传动系统的主要支撑功能，包括传动系统的计长模块、计直径模块、张力控制模块、各种惯量摩擦补偿模块、速度链处理模块、主从逻辑分配模块、负荷分配模块及传动相关的辅助控制模块等。输入输出处理包括本地IO的输入输出处理、通讯输入输出信号处理、上位机显示处理，操作台信号处理以及与第三方通讯的信号处理等。
图3中为真空伏辊的分部诊断信息状态界面示意图，其中分部诊断信息包括D01分部-操作连锁丢失(普通)信息、D01分部-操作连锁丢失(快停)信息、D01分部-点动连锁丢失信息、D01分部-爬行连锁丢失信息、D01分部-运行连锁丢失信息、D01分部-电机风扇跳闸报警信息、D01分部-电机风扇跳闸故障信息、D01分部-电机温度过高报警信息、D01分部-电机温度过高故障信息、D01分部-电机电流过大报警信息、D01分部-电机电流过大故障信息、D01分部-本地控制方式信息、D01分部-传动报警信息、D01分部-传动故障信息、D01分部-传动未响应信息、D01分部-传动通讯丢失信息、D01分部-从传动未准备信息、D01分部-速度到限报警信息、D01分部-速差过大报警信息、D01分部-速差过大跳闸信息、D01分部-自定义报警信息、D01分部-自定义故障信息、D01分部-自动整定失败信息、D01分部-IGBT温度过高报警信息、D01分部-IGBT温度过高跳闸信息，并且还包括电机温度显示窗口、变频器温度显示窗口、故障代码显示窗口、风机连锁状态显示窗口、电机风扇故障跳闸延时设定时间窗口，可以通过上述界面信息内容直观的了解真空伏辊的各个分部诊断信息，并且根据信息及时作出响应操作调整。
通过系统功能分解，可以实现不同通讯协议、不同变频器厂家的功能支持，对于控制字的和状态字分解则通过通讯控制字的对应模块处理来完成，做到系统控制与底层硬件的基本分离。
综上所述，使用本发明的传动控制系统HZ AC6000，可以解决传动控制系统对不同品牌变频器的兼容问题，将主流变频器厂家的通讯接口形成标准化控制接口，做到控制系统与底层变频器硬件无关；设计控制系统与变频器的环网冗余控制网络，提高系统抗干扰能力；规范化设计程序模块，将传动控制程序进行控制模块、输入接口模块、输出接口、功能模块、逻辑模块进行标准化分离，减少不同厂家变频器的控制程序的开发工作量；增加最终客户更换变频器的便捷性，更换其它厂家变频器后，基本无需编写程序，只需在下位机中调用响应的程序接口即可完成。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (4)
1.一种传动控制系统，包括用于处理输入输出信号、逻辑连锁控制以及通讯控制的传动控制器、第三方系统和传动变频器，其特征在于，所述传动变频器与传动控制器之间通讯采用冗余环网连接，传动控制器还通过交换机与操作员站和工程师站、现场操作屏进行通讯连接，传动控制器与第三方系统之间通过通讯总线连接；
还包括软件功能系统，包括管理功能模块和控制功能模块，管理功能模块包括登陆权限管理，按周期、批次和班组的产量报表统计，系统自动诊断维护管理和系统安全的管理，控制功能模块包括逻辑控制模块、功能模块和输入输出处理模块；
所述逻辑功能模块处理传动控制系统的逻辑信号，包括启动、停止、爬行、运行、点动、清洗、快停、微升、微降、张紧、松弛、急停及逻辑信号，通过将不同的逻辑输入进行状态组合判断，写入每一个位代表不同输入的命令索引值，通过不同的索引值，写入不同的命令字，并通过索引值选择不同的速度源，通过与索引值对应的速度查询表，生成对应的速度给定、加减速设定、模式选择及转矩设定，实现不同来源的逻辑输入至输出的处理机制；
所述功能模块包括传动系统的计长模块、计直径模块、张力控制模块、惯量摩擦补偿模块、速度链处理模块、主从逻辑分配模块、负荷分配模块及传动相关的辅助控制模块，
其中，计长模块：通过选择关联传动辊上设定的打滑系数的编码器或模拟反馈转速，乘以减速箱减速比以及辊径换算为表面线速度，实时进行速度积分，得到累积长度；
计直径模块：通过传感器检测或内部计算，内部计直径模块原理为直径与厚度的乘积为面积折算到需要测量的直径的辊轴上，进行直径计算，或通过线速度与轴角速度的计算测量直径；
张力控制模块：直接张力检测和间接张力检测来的张力与直径乘积为转矩，将转矩折算至电机的输出转矩进行计算，同时考虑由不同转速不同直径不同加减速状态下惯量补偿对张力造成的影响；
惯量补偿模块：考虑不同转矩T＝Ja，其中J为惯量，a为加速度，由于在传动控制中惯量J＝1/2(m*r*r)，其中m为质量，让惯量半径，补偿在不同加速度，不同直径，不同质量下的惯量进行补偿；
速度链处理模块：将所有传动模块进行标准化处理，前后传动点通过标准模块的输入输出端口进行链接，包括进行速度链前后级、主从逻辑、负荷分配设定，其中速度链处理模块为整线主速度源设定，前一级的速度输出作为后一级的速度输入，并在此基础上进行偏置或微调；
主从逻辑分配：由于生产线不同的传动分部有同时启停或逻辑保护造成其它分部的停止保护，需要设定主功能模块，从传动故障或其它状态将影响主传动分部；
负荷分配：由于生产线中较多状况为多个传动点驱动同一设备，需进行不同传动分部的负荷按照工艺设定进行控制；
所述输入输出处理模块包括本地IO的输入输出处理、通讯输入输出信号处理、上位机显示处理，操作台信号处理以及与第三方通讯的信号处理。
2.根据权利要求1所述的一种传动控制系统，其特征在于，所述传动控制器采用直流母线供电，直流母线整流装置采用三相380V或690V进线，整流方式采用全波6脉波整流或12脉波整流。
3.根据权利要求1所述的一种传动控制系统，其特征在于，所述传动变频器采用直流母线进线方式供电，单独传动分部可独立关断和独立预充电方式上电。
4.根据权利要求1所述的一种传动控制系统，其特征在于，传动分部的状态通过控制程序内部功能模块处理后进行输出，通过抽离分解出传动分部的基本分部状态、连锁方式和通用特性，在传动生产线中将标准的传动状态分解为：上电初始化、停止未准备、停止已准备、通讯丢失、正向点动、反向点动、点动停止、正向爬行、反向爬行、常规运行、常规停止、锁止、急停、故障、报警状态，连锁方式为IO连锁及工艺连锁，其中工艺连锁为运行允许、爬行允许、点动允许、从分部造成连锁、通讯连锁、过温报警、转矩模式、控制失败、启停失败，通用特性包括张力控制模式，转矩模式，补偿模式，闭环速度反馈模式，开环速度控制模式，压频比速度控制，导辊模式，放卷模式，收卷模式。
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